煤矿安全监控系统中一氧化碳无线传感器的设计与实现

发布时间：2022-01-20 18:16

　　一氧化碳气体的质量浓度监测是煤矿安全监控系统的重要组成部分。国家煤矿安全监察局已在一些特定的矿井中推荐使用无线传感器。通过对比分析一氧化碳传感器的检测原理,提出了一种具有压力和温度补偿的一氧化碳无线传感器的设计方案。详细介绍了一氧化碳无线传感器的检测原理、温度和压力补偿方式、无线通信等关键技术,并对传感器进行了基本误差、响应时间、温度和压力影响等性能测试。结果表明,该一氧化碳无线传感器精度高、响应快、运行稳定可靠,可实时监测井下一氧化碳气体的质量浓度,满足煤矿安全监控系统中一氧化碳监测的需求。 

【文章来源】：煤矿机电. 2020,41(04)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

传感器总体结构

一氧化碳信号采集电路完成探头驱动、保护、信号取样、放大和滤波等功能,最终输出电压信号,电路如图2所示。检测元件的参考电极可稳定感应电极的电动势,参考电极和感应电极之间无电流通过,从而确保两者电压稳定,即使对电极极化也不会影响感应电极。电路中选用场效应管V6控制参考电极和感应电极的通断,传感器在不工作时两电极导通,保证检测元件时刻处于准备状态。传感器上电工作后,两电极断开,可避免环境中存在的一氧化碳气体与溶液蒸汽接触,从而实现对检测元件的保护。由于电化学检测元件输出的信号为弱电流信号(约70 nA/ppm),需在电流回路中串接小阻值电阻进行取样,信号经过运算放大电路放大,由RC低通滤波器滤波处理后,与基准电压组成一对差分信号送至单片机信号采集端。2.3 温度补偿设计

随着外界环境温度的变化,传感检测元件的量程和基线零点的信号输出会发生改变。为了准确采集一氧化碳的质量浓度,需要对环境温度进行实时监测。温度监测电路如图3所示。电路中选取DS18B20数字式单总线半导体芯片,其具有精度高、体积小、硬件开销低和抗干扰能力强等特点。当DS18B20与微处理器连接时,温度信号可在1 s内直接转换成9位数字量,通过单总线即可实现数据交互。温度芯片可从总线上获得电源,不需要额外供电。传感器在零点和线性校准时记录校准温度。在实际工作时,根据实时监测的环境温度值,参照温度试验模型,通过软件程序拟合处理,实现在不同环境温度下对一氧化碳质量浓度的测量。2.4 压力补偿设计

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线Mesh网络技术的一氧化碳传感器设计[J]. 赵庆川.  工矿自动化. 2016(07)
[2]电化学气体测量压力补偿方法的研究[J]. 张海庆,刘炎,王鸿建.  煤矿机电. 2014(01)
[3]监测一氧化碳的无线传感器网络节点设计[J]. 陈祖爵,施展.  无线通信技术. 2013(01)
[4]矿用一氧化碳传感器的设计[J]. 李俊红,崔艳,李长青.  工矿自动化. 2007(01)
[5]一氧化碳传感器的应用与进展[J]. 杨邦朝,段建华.  传感器技术. 2001(12)



本文编号：3599294